地心是一个固态的铁球?为什么在6000度的高温下也不融化?

地球的内部对人类来说一直都很神秘。

在山脉、海洋和薄薄的的地壳下面,是由岩石圈构成的缓慢流动的地幔,地幔的下面是地核。

地核分为内核和外核,在沸腾的液态铁构成的外核里面,是一个冥王星大小的固态铁球(铁、镍和少量其他元素),也就是内核。

地球内部结构

根据现有的证据表明,地球的内核温度将近6000℃,为什么在这种高温下,内核却能保持固态而不融化呢?

在回答这个问题前,我们要先了解下金属原子的排列方式。根据温度和压力的不同,金属原子的排列方式也不同。

在常温常压下,铁原子以整齐的体心立方晶格方式排列,即立方体8个顶点的铁原子包围中心的1个铁原子。

体心立方

在超高压下,铁原子则是以密排六方结构排列,即每个中心的铁原子被12个其他的铁原子包围,这种结构密度更大,也更稳定。

密排六方

而地球核心的压力有多大呢?差不多是地球表面大气压的350万倍。

所以一直在很长一段时间里,人们都理所当然地认为地球核心的铁是以密排六方结构排列的。

但随着对地球内部的进一步研究,越来越多的证据表明,地球内部的铁不是以密排立方结构排列的,而是体心立方晶格的方式排列的,这和我们平时接触的铁的排列方式是一样的。

为什么在那么高压下,铁原子的排列方式却没有改变呢?

原因就在于高温。我们知道铁的熔点是1538℃,高于这个温度,液态铁中铁原子就处于高速移动的状态,而不以晶体的方式排列了。

我们前面说过,高压状态下的密排六方结构非常稳定,稳定就意味着不会移动。

而高温下,铁原子有非常强烈的移动欲望,因此,它们不愿意以这种方式排列。

那以体心立方晶格排列的铁原子就能移动吗?是的。

在高温高压下,地球固态内核中的铁原子在做高速移动,但与此同时,它们还按照体心立方晶格的方式排列的。

打个比方,这就像是一副处于高速洗牌状态的扑克牌,虽然每张牌的位置在不停的改变,但它还是一副完整的牌。

这就是地球的核心为什么还是固态的原因,和普通的固态铁球不同的是,它是一个密度超高,内部铁原子在高速移动的固体铁球。

而这个固态内核目前还在以每年1毫米的速度变大,在遥远的将来,整个液态的外核都会“冻结”成固态,地球也将慢慢“熄灭”。

地核一旦冷却下来,地球的磁场将会随之消失,而磁场是我们免遭太阳风侵袭的防护罩。可以说,没有了磁场,生命就无法存活下来。

我们的邻居火星,就在数亿年前因为地核冷却,导致磁场消失。原本有着河流和海洋的星球,变成了今天的荒凉世界,或许,那里曾经也有过生命,只是由于母星过早地“熄灭”而全部灭绝了。

荒凉的火星

从这个角度讲,火星或许不是我们太空移民的最佳选择,但考虑到距离我们最近的恒星也有4.2光年之远,因此,在未来很长的一段时间里,火星依然是我们太空移民的唯一选择。

如何克服太阳风的侵袭是火星移民的最大难题。

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